CFG桩与冲孔灌注桩施工工艺与经济分析解析.docx
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CFG桩与冲孔灌注桩施工工艺与经济分析解析
CFG 桩与冲孔灌注桩施工工艺
与经济分析
CFG 桩是英文 Cement Fly-ash Grave 的缩写,意为水泥
粉煤灰碎石桩,由碎石、石屑、砂、粉煤灰掺水泥加水拌
和,用各种成桩机械制成的可变强度桩。
它和桩间土一起,
通过褥垫层形成 CFG 桩复合地基共同工作,是介于刚性桩
与柔性桩之间的一种桩型;
CFG 桩适用范围:
(1)长螺旋钻孔灌注成桩,适用于地下水位以上的粘
性土、粉土、素填土、中等密实以上的桩土;
(2)长螺旋
钻孔、管内泵压混合料灌注成桩,适用于粘性土、粉土、
砂土,以及对噪声或泥浆污染要求严格的场地;(3)振
动沉管灌注成桩, 适用于粉土、粘性土及素填土地基;
CFG 桩工程特性
(1)CFG 桩复合地基通过褥垫层与基础连接,可保证桩间
土始终参与工作。
在荷载作用下,桩可将承受的荷载向较
深的土层中传递并相应减少了桩间土承担的荷载。
这样,
由于桩的作用使处理后的复合地基承载力可大幅度提高,
提高系数可高达 2 倍以上。
(2)CFG 桩是由机械成孔后将混合料打入孔中成形,利用
拔管过程中桩机产生的振动及高差产生的重力使混合料出
1
现自振捣效应并成形。
这样在成桩的过程中不仅挤密了桩
间土还挤密了桩身,使其具有水硬性,能明显提高复合地
基的强度和抗变形能力。
(3) CFG 桩长可以从几米到30 多米,并可全桩长发挥桩
的侧阻力,桩承担的荷载占总荷载的百分比可在
40%~75%之间变化。
因此复合地基承载力具有很大的可
调性,可通过调整桩长、桩距等参数来满足不同的承载力
要求。
(4)CFG 桩复合地基具有刚柔相济的受力特征,不仅可全
桩长发挥侧阻,而且当桩端落在好的土层上时还具有明显
的端承作用。
这样就可以通过增加桩长或改变桩端持力层
的方式,使其进入较坚硬的土层来提高 CFG 桩复合地基的
承载力,以满足不同的设计要求。
CFG桩质量控制
(1)选择正确的施工顺序。
CFG 桩的施工顺序和施打速度
正确与否直接影响桩的质量,应合理选择桩的施打顺序和
施打速度,尽量减少桩间土的侧向挤压与隆起对已施工桩
的影响。
(2)严格控制拔管速率。
拔管速率太快可能导致桩径偏小
或缩颈断桩,而拔管速率过慢又会造成混和料离析,桩项
浮浆过多导致桩身强度不足。
因此施工时,拔管速度应按
均匀线速度控制在 1.2~1.5m/min 左右,在淤泥或淤泥质土
2
层位置,拔管速度还应适当放慢。
(3)控制好混合料的坍落度。
坍落度过大,会形成桩项浮
浆过多,降低桩体强度。
坍落度宜控制在 30~50mm,此时
混合料和易性好,成桩质量容易控制。
(4)应设置保护桩长。
桩顶标高应高出设计桩顶标高至少
0.5m,并在管拔出后,用插入式振捣棒对桩顶混合料加振
3~5 秒,提高桩顶混合料的密实度及抵抗周围土挤压的能
力,避免混合料受新打桩振动作用上涌而导致缩径。
(5)拔管过程避免反插。
在拔管过程中若出现反插,由于
桩管垂直度的偏差,容易使土与桩体材料混合,导致桩身
掺土影响桩身质量,应避免反插。
(6)加强施工过程中的监测。
在施工过程中,应加强对施
工场地标高、已打桩桩顶标高等项目的监测,以便及时发
现问题并采取针对性措施,有效地控制成桩质量。
(7)合理调配混合料供应。
由于运送混合料的搅拌车的容量
有限,桩体通常需要灌注几次才能完成,而分次灌注的交
界面容易形成桩身缺陷。
因此需加强供应调度,减少等料
时间。
(8)加强成品保护。
应在 CFG 桩达到一定强度后(一般为成
桩后 3~7 天)再进行基坑开挖和桩头处理。
基坑若采用机
械、人工联合开挖时,应预留一定厚度由人工开挖,以保
障机械开挖造成的断裂部位不低于基础底面标高,且桩间
3
土不受扰动。
如果在基槽开挖和砍桩时造成桩断至桩顶设
计标高以下时,应进行接桩。
可人工开挖至断桩位置,将
断桩位置清理干净凿毛,扩大半径 20mm 后用高一标号的
混凝土接桩至设计桩顶标高。
CFG 桩施工工艺:
(1)长螺旋钻孔管内泵压混合料灌注成桩施工工艺
①长螺旋钻管内泵压 CFG 桩施工工艺流程图
平整场地
安装钻机、混
合料搅拌机
测量、放
线
并复核
桩位对中
原材料进场、
混合料搅拌
检验
钻孔至设计标高
边提钻边投混合料
压罐混合料至设计桩顶面
停机
②工艺要点
A 布置桩点:
场地清理整平,按桩点设计布置图放样布点。
B钻机就位:
移动钻机就位,用塔机塔身的前后和左右的
垂直标杆检查塔身导杆,校正位置,使钻杆垂直对准桩位
4
中心。
C混合料搅拌:
按试验配合比搅拌混合料,上料顺序为:
先装碎石或卵石,再加水泥、粉煤灰和外加剂,最后加砂
搅拌均匀,放入搅拌桶。
每盘料搅拌时间不小于 60s。
混凝
土坍落度控制在 160~200mm。
在泵送前混凝土泵料斗、搅
拌机搅拌筒备好熟料。
D钻进成孔:
关闭钻头阀门,移动钻杆至钻头触及地面,
启动马达先慢后快钻进,减少钻杆摇晃,检查钻孔的偏差。
在成孔过程中,发现钻杆摇晃或难钻时,可放慢进尺,避
免导致桩孔偏斜、移位,甚至使钻杆、钻具损坏。
E灌注及拔管:
成孔到达设计桩底,停止钻进,泵送混合
料,当钻杆芯充满混合料后开始拔管,不可先拔管后泵料。
混合料的泵送量与拔管速度相匹配,拔管速度控制在
2~3m/min。
成桩过程须连续进行,施工中因其他原因不能
连续灌注,须避开饱和砂土、粉土层停机。
灌注成桩后,
用水泥袋盖好桩头,进行保护。
F移机:
一根桩施工完毕后,钻机移位,进行下一根桩施
工。
(2)振动沉管灌注成桩施工工艺
①振动沉管灌注成桩施工工艺流程图
平整场地
安装钻机、混
合料搅拌机
测量、放线
并复核
桩位对中
原材料进场、
混合料搅拌
检验
5
沉管至设计标高
②工艺要点
A 布置桩点:
场地清理整平,按桩点设计布置图放样布点。
B桩机就位:
移动桩机就位,连接桩头,调整沉管、桩头
与地面垂直,确保垂直度偏差不大于 1%。
C混合料搅拌:
按试验配合比搅拌混合料,坍落度
30~50mm 控制。
D沉管:
启动马达,沉管到预定标高停机,沉管过程中做
好记录,每沉 1m 记录电流表上的电流一次,并对土层变化
处予以说明。
E投料:
停机后立即向管内投料,直到混合料与进料口齐
平。
成桩后浮浆厚度以不超过 20cm 为宜。
F振动拔管:
启动马达,留振 5~10s,开始拔管,拔管速
率一般为 1.2~1.5m/min。
如果遇淤泥或淤泥质土,拔管速
度还要放慢。
拔管过程中不允许反插。
如上料不足,须在
拔管过程中空中投料,以保证成桩后桩顶达到设计标高,
施工时桩顶宜高出设计标高 0.5m。
6
G 封顶:
沉管拔出地面,确认成桩符合设计要求后,用粒
状材料或黏性土封顶。
然后停机,移机到下一根桩施工。
(3)长螺旋钻孔灌注成桩施工工艺
长螺旋钻孔灌注成桩目前应用较少其工艺流程为:
平整场
地→桩位放样→组装设备→安放钢护筒→钻孔机就位→钻
至设计深度停止钻进→边提升钻杆边用混凝土泵经由内腔
向孔内泵注超流态混凝土→提出钻杆放入钢筋笼→成桩→
桩头处理→桩顶保护措施。
CFG 桩经济分析:
根据 CFG 桩施工工艺的分析,由于 CFG 桩的作用使复合
地基,承载力提高、变形减小,再加上 CFG 桩不配筋,桩
体利用工业废料粉煤灰作为掺和料,大大降低了工程造价,
具有显著的经济效应和社会效应。
同时还具有施工速度快、
工期短、抗腐蚀和易控制等特点。
冲孔灌注桩
冲孔灌注桩是灌注桩的一种。
灌注桩是直接在施工现
场桩位上成孔,然后放入钢筋笼再灌注混凝土而成.冲孔灌注
桩施工冲孔机冲击成孔,为泥浆护壁成孔。
冲孔灌注桩 的适用范围:
冲孔灌注桩 适用于填土层、粘土层、粉土层、淤泥层、
砂土层、碎石土层、砾卵石层、岩溶发育岩层或裂隙发育
7
项目
序号
检查项目
允许偏差或允许值
(mm)
检查方法
一般项目
1
钢筋笼材质检验
设计要求
抽样送检
2
箍筋间距
±20
用钢尺量
3
直径
±10
用钢尺量
项目
序号
检查项目
允许偏差或允许值
(mm)
检查方法
主控项目
1
主筋间距
±10
用钢尺量
2
长度
±100
用钢尺量
的地层施工,桩孔直径通常为 600~2500mm,最大直径可
达 2500mm,冲孔深度最大可达 300m 左右。
冲孔灌注桩工程特性:
1、冲孔是用冲击钻机把带钻刃的重钻头(又称冲锤)
提高,靠自由下落的冲击里来削切岩层,排出碎渣成孔。
冲击钻机有钻杆式和钢丝绳式两种。
前者所钻孔径较小、
效率较低、应用较少。
后者钻孔直径大,可根据设计的桩
径来修改钻头的大小,锤重在 3000kg—10000kg(具体根
据桩径的大小来确定锤重)。
冲孔灌注桩质量控制:
1、钢筋笼质量检验标准
2、混凝土灌注桩质量检验标准
8
项
序
检查项目
允许偏差或允许值
检查方法
单位
数值
主
控
项
目
主
控
项
目
1
桩位
1-3 根、单排桩基垂
直于中心线方向和
群桩基础中的边桩
条形桩基沿轴线方向
和群桩基础中间桩
基坑开检前量护
筒,开挖后量桩
中心
d≤1000
mm
d/6 且不大于 100
d/4 且不大于 150
d>1000
mm
100+0.01H
150+0.01H
2
孔深
mm
+300
只深不浅,用重
锤测嵌岩板应确
保进入设计要求
的嵌岩深度
3
桩体质量检验
按基桩检测技术规范,如钻孔芯取样,大
直径数岩桩应钻至桩尖下 50cm
按基桩检测技术
规范
4
混凝土强度
设计要求
试件报告或钻芯
取样送检
5
承载力
按基桩检测技术规范
按基桩检测技术
规范
项
序
检查项目
允许偏差或允许值
检查方法
单位
数值
一
般
项
目
1
垂直度
<1%
测钻杆,或用超
声波探测
2
桩
径
d≤1000m
m
mm
±50
经纬仪或超声波
检测
d>1000m
m
mm
±50
3
泥浆比重(粘土或
砂性土中)
1.15~1.20
用比重计测,清
孔后在距孔高
50cm 处取样.
4
泥浆面标高(高于
地下水位
m
0.5~1.0
目测
5
沉渣
厚度
:
端承桩
mm
≤50
用沉渣仪或重锤
测量
磨擦桩
mm
≤150
6
混凝土坍落度
mm
160~220
坍落度仪
9
7
钢筋笼安装深度
mm
±100
用钢尺量
8
桩顶标高
mm
+30
-50
水准仪、需扣除
桩顶浮浆层及劣
质桩体
冲孔灌注桩施工工艺:
1、冲孔灌注桩施工工艺流程:
设泥浆池制备泥浆掏 渣
桩位放样
及 控 制
设置
护筒
桩机
就位
孔位放样
及 控 制
成孔
孔孔
边灌砼边
第二次处
插入
放入钢
子
桩位二次
拔护筒
拨 导 管
理沉渣
导管
筋 笼
测量校正
及 控 制
混凝土强度达到要求
挖土检查验收
2、工艺要点:
(1)桩位放样及控制
在打桩现场或附近需设置水准点,数量不少于 2 个;
水准点的设置地点应在受打桩作业影响的范围之外。
对施
工现场的轴线控制点及水准点应经常检查,避免发生误差,
平面控制桩的精度应符合二级导线的精度要求,高程控制
桩的精度应符合三等水准的要求。
根据轴线控制桩对轴线
进行放线,然后再定出桩位。
桩轴线放线应满足以下要求;
10
双排及以上桩,偏移应小于 20mm;对单排桩,偏移应小于
10mm。
(2)护筒设置
护筒内径应比钻头直径大于 200~400mm,直径大于
1m 的护筒如刚度不够时可在顶端焊接加强圆环。
安设护筒
时,其中心线位置与桩位中心线偏差应小于 50mm,护筒在
砂土中的埋深不宜小于 1..5m,在粘土中埋深不小于 1m。
并应保持孔内泥浆面高出地下水位 1m 以上,陆地上埋设护
筒,在护筒与坑壁之间应用粘土夯实。
(2)桩机安装
成孔钻机主要由钻架、卷扬机和冲抓工具三部分组成。
钻机安装好后,起吊钻锥并放入护筒内停住检查起吊钢丝
绳位置,如位置偏差大于 2cm,应予以调整。
(4) 冲击钻进
冲孔时先在孔内灌注泥浆,泥浆比重控制在 1.4~1.5 在
冲击过程中,根据地质土层情况调整泥浆比重,保证泥浆
补给保持孔内浆面稳定,护筒埋深较浅或地表土质较差,
护筒内泥浆压头不宜过大。
一般不宜多用高冲钻,以免扰
动孔壁易引起坍孔,扩孔或卡锤事故。
经常检查钢丝绳磨
损情况、卡扣松紧程度,转向是否灵活,以免突然掉钻。
每次掏渣或因其它原因停钻后,再次开钻应由低冲钻逐渐
加大到正常冲程,以免卡钻。
开始钻基岩时应低锤勤击。
11
以免偏斜,如发现孔偏斜应立即回填片石,厚 30~50cm。
重新钻进,遇孤石时,可抛填相似硬度的片石或卵石,用
高冲程冲击或高低冲程交替冲击,将大孤石击碎挤入孔壁。
尽量采用泥浆循环排渣,如采用抽渣筒,当钻进 4~5m 后,
每钻进 0.5~1.0m 应抽查一次,并及时补浆,每钻进 4~5m
应检孔一次,在更换钻头前或容易缩颈处均应检孔。
冲孔
结束后,应对以下项目进行检查:
孔深、孔径、孔垂直度、
孔底沉渣厚度应符合质量检验要求。
(5)清孔及第一次沉渣处理
采用抽渣筒或正循环压风机清孔。
— 清孔后孔底的泥浆比重,泥浆含砂率、胶体率及沉渣厚
度应符合质量检验要求。
(6)第二次处理沉渣
第二次清孔后下放钢筋笼,导管需一定时间,在此段
时间内孔底的沉渣又会增加,泥浆浓度亦会增大,故需第
二次进行清孔及沉渣处理,处理方法可采用导管的空气升
液排渣或空吸泵的反循环方法。
第二次清孔及沉渣处理的
检查项目、质量要求与第一次相同。
(7)钢筋笼满足下列要求。
(a)钢筋笼采取分段制作,符合质量检验要求。
(b)吊放钢筋笼时,需对准孔位,吊直扶稳,缓慢下沉,
钢筋笼下到设计位置后,应立即固定,两段钢筋笼连接时
12
采用焊接。
(c)为保证混凝土保护层的厚度,可在钢筋笼上设置定位
钢筋环,混凝土垫块等。
(8)混凝土满足下列要求。
(a)须具有良好的和易性,配合比先经试验确定,坍落度
一般采用 16~20cm。
(b)含砂率为 40~45%,细骨料选用中砂。
(c)粗骨料应尽量选用河卵石,也可用碎石,其粒径不宜
大于 4cm。
(9)导管满足下列要求
(a)导管壁厚不宜小于 3mm,直径可采用 200~250mm。
直径制定偏差不超过±2mm。
(b)导管使用前应试拼、试压、并试验隔水栓能否通过。
(10) 灌注水下混凝土
为保证水下混凝土的质量,贮斗内混凝土初存时必须
满足首次灌注时导管底端能埋入混凝土中 0.8~1.2m。
开始
灌注底时,预制端到孔底距离应能顺利排出隔水柱,一般
保持 30~50cm,排塞后不得将导管插回孔底。
随着混凝土
的上升,要适当提升和拆卸导管,导管底端埋入管外混凝
土面以下一般应保持 2~3m,并不得小于 1m,严禁把导管
底端提出混凝土面。
提升导管时,要避免碰动钢筋笼,并
应采取有效措施防止钢筋笼上浮。
水下混凝土的灌注应连
13
续进行,不得中断;如发生堵塞导管进水等事故,应及时
采取适当的处理措施。
应注意控制最后一次混凝土的灌入量,当凿除桩浮浆层后,
应保证设计的桩顶标高及混凝土质量。
冲孔灌注桩经济分析:
冲孔灌注桩具有对邻近建筑物及周围环境的有害影响
小;桩长和直径可按设计要求变化自如;桩端可进入持力
层或嵌入岩层;单桩承载力大;因其自身施工工艺的特点
造成工期一般较短等。
但是冲孔灌注桩成孔工艺较复杂,
操作要求较严,易发生质量事故,且技术间隔时间长,不
能立即承受荷载,冬季施工困难较多。
尤为关键的是冲孔
灌注桩耗工多、造价高。
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